СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ РАВНОМЕРНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ В ЭЛЕКТРОПРОВОДНОЙ СРЕДЕ Российский патент 2008 года по МПК H01J3/18 H01J3/30 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к движению электрических зарядов в электропроводной среде.

Известны способы передачи электроэнергии через электропроводную среду прямым контактом при помощи плоских металлических электродов различной формы и расположения. Электрическое поле, создаваемое в среде между ними, принято считать равномерным при определенных токах [1].

Недостаток - только геометрической формой и расположением плоских электродов невозможно создать равномерное распределение электрического поля между электродами в электропроводной среде, так как любую плоскую фигуру можно представить торцевым электродом, где истечение больших токов происходит по периметру площади контакта.

Наиболее близким способом к технической сущности относится способ, основанный на истечении зарядов с электродов-иголок, расположенных перпендикулярно поверхности истечения, по принципу «люстры Чижевского» [2].

Недостаток данного способа заключается в том, что по данному способу, основанному на законах электричества, истечение зарядов не происходит одновременно со всех точек поверхности электрода (концов иголок), а только с тех, в которых проводимость среды, например воздуха, - максимальна.

Задачей изобретения является обеспечение наибольшей равномерности распределения электрического поля во время прохождения одного из полупериодов переменного тока в электропроводной среде.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что в заявленном способе формируемое электрическое поле равномерно распределено в момент прохождения через электропроводную среду одного из полупериодов переменного электрического тока и имеет плотную структуру в виде кольцевых зон, составленных из полых конусов истечения одноименных зарядов.

Таким образом, предлагаемое изобретение соответствует критерию «Новизна».

Сравнение заявленного решения с другими решениями показывает, что известно о наличии равномерного электрического поля при истечении зарядов с поверхности проводника в электропроводную среду при малых токах, а увеличение тока приводит к истечению зарядов с максимально удаленных друг от друга точек объемной поверхности электрода и равноудаленных от второго электрода [3]. Однако неизвестно, что равномерное распределение электрического поля при прохождении одного из полупериодов переменного электрического тока в электропроводной среде может быть создано путем равномерного распределения одноименных зарядов, стекающих с цилиндрических фазных электродов, встроенных в фазные кольца, которые расположены соосно.

Таким образом, предлагаемое изобретение соответствует критерию «Изобретательский уровень».

Технический результат - формирование равномерного электрического поля в среде, включающее прохождение одного из полупериодов электрического тока с цилиндрического фазного электрода в электропроводную среду, предусматривающий следующие операции:

а) - размещение цилиндрических фазных электродов равномерно на нескольких фазных кольцах, как минимум трех, расположенных соосно, например, в одной плоскости;

б) - подача напряжения на все фазные кольца с ограничением тока, например, резистором на каждом фазном кольце;

в) - подключение нулевой фазы к электроду, выполненному в виде, например, диска;

д) - формирование конусных поверхностей из одноименных зарядов, растекающихся с кромок торцов цилиндрических фазных электродов через заданный объем электропроводной среды в направлении нулевого электрода, выполненного в виде диска;

е) - формирование конусных поверхностей, заполненных одноименными электрическими зарядами для создания зон равномерно расположенных зарядов в заданном объеме электропроводной среды, расположенной между торцами цилиндрических фазных электродов и нулевым электродом, выполненным в виде диска.

Покажем возможность, например, цилиндрического фазного электрода передавать электрические заряды с его поверхности для формирования равномерного электрического поля в заданном объеме электропроводной среды, основываясь на законе Ома для всей цепи, законе Кулона (силе взаимодействия двух зарядов) и первом законе Кирхгофа.

Основные положения, лежащие в основе способа.

1. Движение электрических зарядов в проводниках происходит по поверхности [3].

2. Истечение зарядов с поверхности (кромки) торца (это - острые выступы, где наблюдается наибольшая плотность зарядов) электрода в начальный момент перехода в электропроводную среду имеет форму окружности (насыщенную одноименными электрическими зарядами).

Затем эти окружности, заполненные электрическими зарядами, под действием Кулоновских сил расширяются.

Согласно закону взаимодействия двух точечных одноименных зарядов [3]

где F - сила взаимодействия двух зарядов, Q₁ и Q₂ - величины зарядов, ε_абс - абсолютная диэлектрическая проницаемость, l - расстояние между зарядами,

происходит в электропроводной жидкой среде увеличение расстояния между зарядами. В каждый следующий момент времени при движении одноименных зарядов расстояние увеличивается. Таким образом получается конусная поверхность, состоящая из потока одноименных электрических зарядов.

3. Цилиндрические фазные электроды размещаются, например, на фазном кольце и подается фазное напряжение. Тогда согласно первому закону Кирхгофа [3]:

где I₁, I₂, ...+I_N - токи, входящие в узел, I¹, I², ... +I^M - токи выходящие из узла.

4. Все входящие цепи входных токов (I₁+I₂+...+I_N) соединяются в один узел. При этом узел можно выполнить в виде окружности, а выходящие цепи - в виде набора стержней - цилиндрических фазных электродов, например, с плоскими цилиндрическими торцами.

5. Для создания равномерного электрического поля в заданном объеме электропроводной среды предлагается сжать конусные поверхности (путем изменения расстояния между фазными электродами, причем используя закон Кулона (1)), заполненные движущимися однополярными зарядами, набором фазных колец с увеличивающимися диаметрами (цилиндрические фазные электроды расположены на одинаковом расстоянии друг от друга) и расположить их соосно, например, в одной плоскости.

6. Учитывая расположение набора фазовых колец с одинаковым количеством цилиндрических фазных электродов, расположенных равномерно по окружности, необходимо на каждое кольцо с набором цилиндрических фазных электродов ограничить токи, например, резисторами. Объяснение связано с использованием закона Ома для всей цепи.

Согласно закону Ома [3]

I - ток проходящий через электрод и электропроводную среду, U - напряжение, подаваемое на кольцо с электродами, R - сопротивление электрода, r - сопротивление электропроводной среды.

7. Расчетное обоснование ограничения входящего тока (согласно формуле (3) закона Ома) в фазные кольца при заданном количестве цилиндрических фазных электродов для создания равномерного электрического поля в заданном объеме электропроводной среды.

Пример расчета величин сопротивлений, включаемых в электрическую цепь, состоящую из источника напряжения, электродов и электропроводной среды (например, для трех фазных колец).

Задаемся количеством цилиндрических фазных электродов на фазных кольцах: на первом фазном кольце расположено, например, 5 цилиндрических фазных электродов, на втором фазном кольце расположено, например, 10 цилиндрических фазных электродов, на третьем фазном кольце расположено, например, 15 цилиндрических фазных электродов. Расстояние между цилиндрическими фазными электродами выбираем, например, 5 см.

Тогда входящий ток для первого фазного кольца составит (согласно формуле (2) первого закона Кирхгофа) 5 А (задавшись по одному амперу выходящего тока с каждого цилиндрического фазного электрода).

Входящий ток для второго фазного кольца составит (согласно формуле (2) первого закона Кирхгофа) 10 А (задавшись по одному амперу выходящего тока с каждого цилиндрического фазного электрода). Входящий ток на третьем фазном кольце составит (согласно формуле (2) первого закона Кирхгофа) 15 А (задавшись по одному амперу выходящего тока с каждого цилиндрического фазного электрода). При использовании источника питания, равного 220 В (согласно формуле (3) закона Ома), получаем для первого кольца добавочное сопротивление R₁=44 Ом, R₂=22 Ом, R₃=15 Ом. Считаем, что сопротивление (г) электропроводящей среды - величина постоянная.

Таким образом создается возможность создания в заданном объеме электропроводной среды равномерного электрического поля путем сжатия конусных поверхностей, заполненных движущимися однополярными зарядами (согласно формуле (1) закона Кулона), при условии набора фазных колец с увеличивающимися диаметрами (цилиндрические фазные электроды расположены на одинаковом расстоянии друг от друга).

На чертеже изображена схема истечения зарядов в электропроводную среду с устройства, состоящего из трех фазных колец разного диаметра со встроенными фазными электродами. Для наглядности пояснения способа фазные кольца расположены соосно, но смещены по оси.

На чертеже изображено: 1 - фазные кольца разного диаметра, 2 - цилиндрические фазные электроды, 3 - поток электронов, истекающих в заданный объем электропроводной среды, 4 - нулевой электрод, выполненный в виде диска, 5 - зона равномерного распределения электрических зарядов в заданном объеме электропроводной среды, 6 - сопротивления, ограничивающие ток на кольца с электродами, 7 - источник напряжения.

Пример осуществления способа

Первая операция. Размещение цилиндрических фазных электродов 2 равномерно на нескольких фазных кольцах 1, как минимум трех, расположенных соосно.

Вторая операция. Подача напряжения от источника 7 на все фазные кольца 1 с ограничением тока сопротивлениями 6 на каждом фазовом кольце 1.

Третья операция. Подключение нулевой фазы к электроду 4, выполненному в виде диска.

Четвертая операция. Формирование конусной поверхности 3 из одноименных зарядов, растекающихся с торцов цилиндрических фазных электродов 2 через электропроводную среду в заданном объеме в направлении нулевого электрода 4, выполненного в виде диска.

Пятая операция. Формирование конусных поверхностей 3, заполненных одноименными электрическими зарядами для создания зон 5 равномерного распределения зарядов в заданном объеме электропроводной среды, расположенной между торцами цилиндрических фазных электродов 2 и электродом 4, выполненным в виде диска.

Источники информации

1. Яворский Б.М., Селезнев Ю.А. Справочное руководство по физике для поступающих в вузы и для самообразования. - 4-е изд., исп. - М.: Наука. - Гл. ред. физ. - мат.лит., 1989. - С.187.

2. Чижевский А.Л. Аэроионы и жизнь. Беседы с Циолковским. / Сост., вступ. ст., подбор ил. Л.В.Голованова. - М.: Мысль, 1999. - С 410-415 [ПРОТОТИП].

3. Общая электротехника с основами электроники. Учебник для техникумов. / В.А.Гаврилюк, Б.С.Гершунский, А.В.Ковальчук - Киев: Вища школа. Головное изд-во. 1980. - С.10, 15, 44.

Изобретение относится к электротехнике, к движению электрических зарядов в электропроводной среде. Технический результат состоит в обеспечении наибольшей равномерности распределения электрического поля во время прохождения одного из полупериодов переменного тока в электропроводной среде. Способ формирования равномерного электрического поля в электропроводной среде включает прохождение одного из полупериодов переменного электрического тока с электрода в электропроводную среду и предусматривает размещение цилиндрических фазных электродов равномерно на нескольких фазных кольцах, как минимум трех, расположенных соосно, например, в одной плоскости. Подача напряжения на все фазные кольца осуществляется с ограничением тока сопротивлениями на каждом фазном кольце. Подключение нулевой фазы осуществляется к нулевому электроду, выполненному в виде диска. Формирование конусных поверхностей из одноименных зарядов, растекающихся с кромок торцов цилиндрических фазных электродов, осуществляется через электропроводную среду в направление нулевого электрода, выполненного в виде диска. Формирование конусных поверхностей, заполненных одноименными электрическими зарядами, осуществляется для создания зон равномерно расположенных зарядов в заданном объеме электропроводной среды, расположенной между торцами цилиндрических фазных электродов и нулевым электродом, выполненным в виде диска. 1 ил.

Способ формирования равномерного электрического поля в электропроводной среде, включающий прохождение одного из полупериодов переменного электрического тока с электрода в электропроводную среду, предусматривающий следующие операции:

а) размещение цилиндрических фазных электродов равномерно на нескольких фазных кольцах, как минимум трех, расположенных соосно; б) подача напряжения на все фазные кольца с ограничением тока сопротивлениями на каждом фазном кольце; в) подключение нулевой фазы к нулевому электроду, выполненному в виде диска; д) формирование конусных поверхностей из одноименных зарядов, растекающихся с кромок торцов цилиндрических фазных электродов через электропроводную среду в направление нулевого электрода, выполненного в виде диска; е) формирование конусных поверхностей, заполненных одноименными электрическими зарядами, для создания зон равномерно расположенных зарядов в заданном объеме электропроводной среды, расположенной между торцами цилиндрических фазных электродов и нулевым электродом, выполненным в виде диска.